现代飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）源于上个世纪七十年代
现代飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）源于上个世纪七十年代。它的特点之一是高灵敏度。对几乎所有的元素其可测量浓度都可以达到ppm（百万分之一）数量级，有些可以达到ppb（十亿分之一）量级。特点之二是高纵向分辨率，一代TOF-SIMS其分辨率可以达到二至三个原子层。同时随着技术的改善，分析区域越来越小。上述特点使TOF-SIMS在材料的成份、掺杂和杂质沾污等方面的分析中拥有不可替代的地位（特别是在微量掺杂和缺陷分析领域几乎不可替代），TOF-SIMS还可以提供膜层结构深度信息和三维重构（3D）信息。
近年来，TOF-SIMS在生物科技领域应用也日益受到重视。TOF-SIMS的高分辨率成像效果，使得纳米尺度的单细胞成像成为可能，国内学者已经在药物细胞内代谢分析、细胞分型等领域取得成果。
三重聚焦飞行时间质量分析器：用于接收和传输二次离子；其包括三套90º 扇形静电分析器（ESA)；拥有共点观察，宽角度能量接收和高景深，提高了质量分辨率，对粗糙、表面不平整（有Patterns) 表面有优异灵敏的化学成像和成分分析能力；
液态金属离子枪LMIG可同时进行高质量采谱和成像分析：采用HR2模式 （即高质量分辨模式下保持高空间分辨模式）的化学态/分子成像能力，使之可同时在高空间分辨和高质量分辨下进行分析，其使用高分析束流（ i.e. ≥ 1 nA）， 因此分析时间依然可以控制在短时间内， e.g. ≤ 10 分钟。
脉冲荷电中和系统和电子控制系统：在分析绝缘材料时可对荷电效应进行自动中和；采用低能量脉冲、聚焦电子枪和超低能量的离子束流进行荷电中和使系统适于高分子和玻璃等绝缘材料分析；
全自动化分析能力：使用高精度5-轴样品台可在快速进样腔室和分析腔室里运行，在进样腔室里可直接把样品托安装在样品台上；从进样腔室到分析室全自动控制，无需手动传输；
冷热样品台：冷热样品台在传输过程中其温度可持续控制；
MS/MS串联质谱：可同时进行传统TOF-SIMS成像和采谱分析（MS1) 以及对特定离子进行离子成像和采谱分析（MS2)，从而对所分析区域提供最完整全面的分析信息；对每一个特定离子来说，其离子裂解规律，或离子谱图都有特征性，可清楚表征高质量数离子的分子结构，特别适用于对有机高分子材料的成分表征（更准确地得到有机成分和分子结构信息）；
